Vanadium-Materialien
für
Lithium- und Natrium-Ionen Batterien

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Vanadium-Materialien für Lithium- und Natrium-Ionen Batterien

Vanadium-Materialien für Lithium-Ionen Batterien

Vanadiumoxid-Kathode: Mit der Entwicklung von Nanostrukturen haben viele der in der Vergangenheit verworfenen Materialien neues Interesse geweckt, so auch Vanadium-Kathode-Materialien 

Vanadiumverbindung für Vanadium Redox-Flow-Batterien (VRFB)

Die Materialien und Chemie der Vanadium Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden im Kapitel derRedox-Flow-Batterien (RFB) behandelt >> link

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Vanadiumpentoxid (V2O5) Batterie-Material

Unter den vielversprechenden Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen Batterien hat Vanadiumpentoxid (V2O5) aufgrund seiner hohen theoretischen Kapazität (294 mA h g-1) Aufmerksamkeit erhalten. 

Für die erste Generation von Lithium-Ionen-Batterien wurde LiCoO2 mit grossem kommerziellem Erfolg als Kathode verwendet. 

Zwar handelt es sich sowohl bei LiCoO2 als auch bei V2O5 um geschichtete Materialien, und beide sind sehr giftig, doch ist V2O5 in Bezug auf Kristallstruktur, Chemie und Phasenübergänge weitaus komplexer als LiCoO2. Auch wurde Vanadiummaterialien kürzlich krebserregende Eigenschaften zugewiesen.

V2O5 enthält zunächst keine Lithium-Ionen, sodass es schwierig ist, es mit Graphitanoden für eine vollständige Lithium-Ionen-Batterie zu kombinieren. 

Dieses Hindernis würde jedoch gelöst, wenn eine Lithium-MetallAnode verwendet wird. Jedoch ist das Problem der Dendritenbildung noch lange nicht gelöst und die Lithium-Metall-Anode immer noch ein Traum. 

Die Forschung für «High-Energy-Density «Batterien (z.B. grossen Autobatterien) erhofft sich mit dem Einsatz von Lithium-Metall-Anoden auch eine deutliche Kostensenkung der Speicherkosten (Euro/kWh)

Vanadium-phosphat LVP, (Li3V2(PO4)3 and als Batterie-Material

Unter den vielversprechenden Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen Batterien hat Vanadiumpentoxid (V2O5) aufgrund seiner hohen theoretischen Kapazität (294 mAh/g) viel Aufmerksamkeit erhalten.  Panasonic verkauft eine wiederaufladbare Knopfzelle mit Lithium Vanadiumpentoxid (als Kathodenmaterial). Die Lithium-Vanadium-Phosphat-Batterie (LVP) ist ein vorgeschlagener Typ einer Lithium-Ionen-Batterie, die LVP als in der Kathode verwendet. Lithium vanadium bronze LiV3O8 wird als Kathodenmaterial verwendet in wiederaufladbaren Feststoff-Lithium Akkus.

Positiven Elektrodenmaterialien aus Vanadiumphosphat sind im Bereich der Alkali-Ionen-Batterien (Li-, Na- und K-Ionen) von grossem Interesse, da sie mehrere Elektronen pro Übergangsmetall speichern können. 

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Vanadium-Kathoden für Lithium-Ionen batterien

Theoretisch sind können drei Elektronen bis zu einem Elektroden-potenzial von ca. 4 V versus Lithium umgesetzt werden. Diese entspricht einer Energiedichte von 1000 Wh/kg.

Jedoch sind Vanadium-phosphate, die mit hohen V3+/V4+-Spannungen arbeiten, in der Regel nicht in der Lage, mehrere Elektronen in einem ausreichend engen Spannungsbereich reversibel auszutauschen.

Vanadium-Phosphate wurden als potenzielle Kathoden für Lithium-Ionen-Batterien untersucht:. Dazu gehört Lithium-Vanadium-Phosphat, Li3V2(PO4)3.

Dasselbe Material, das mit Sol-Gel-Methoden hergestellt wurde, zeigte eine Lithiumeinlagerung/-entnahme über einen Bereich von ca. 3.8 Volt, wobei drei Stufen der Einlagerung/Entnahme nachgewiesen wurden.

Vanadium-Phosphate könne als Kathoden-material für Natriumbatterien verwendet werden.

Literatur

  1. Boivin, E.; Chotard, J.-N.; Masquelier, C.; Croguennec, L. Towards Reversible High-Voltage Multi-Electron Reactions in Alkali-Ion Batteries Using Vanadium Phosphate Positive Electrode MaterialsMolecules 202126, 1428. https://doi.org/10.3390/molecules26051428
  2. Shraer, S.D., Luchinin, N.D., Trussov, I.A. et al. Development of vanadium-based polyanion positive electrode active materials for high-voltage sodium-based batteriesNat Commun 13, 4097 (2022)
  3. Hyunyoung Park, J. Mater. Chem. A, Enhancing electrochemical performance by triggering a local structure distortion in lithium vanadium phosphate cathode for Li ion batteries
    2022,10, 25129-25139, DOI 
  4. Energy Fuels 2022, 36, 12, 6520–6531
    Publication Date:June 6, 2022
    Electrodeposited Layered Sodium Vanadyl Phosphate (NaxVOPO4 center dot nH(2)O) as Cathode Material for Aqueous Rechargeable Zinc Metal Batteries
  5. Rory C. McNultyKeir PenstonSharad S. AminSandro StalJie Yie LeeMario SamperiLluïsa Pérez-GarcíaJamie M. CameronLee R. JohnsonDavid B. AmabilinoGraham N. Newton, Self-Assembled Surfactant-Poly-oxovanadate Soft Materials as Tuneable Vanadium Oxide Cathode Precursors for Lithium-Ion Batteries, Angewandte Chemie, 2023

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